铝基碳纤维复合材料芯导线制造技术

本实用新型专利技术涉及一种铝基碳纤维复合材料芯导线，它是一种导电率更高、强度更大、耐高温并且没有“竹节”现象的新型架空导线，并可利用现有的杆塔设备在短时间内即可实现线路的增容。本实用新型专利技术利用铝基碳纤维复合材料作为导线内芯，代替ＡＣＣＣ导线树脂基碳纤维复合材料内芯，在复合内芯的外层铰合铝合金导体。本实用新型专利技术利用金属比树脂基体具有更高的强度、耐热性、导电导热性及抗老化性能的特点来制备比树脂基复合材料性能更为优异的导线复合内芯。对碳纤维采取高温灼烧除胶和过硫酸铵氧化以及敏化、活化，并在纤维表面镀铜等一系列表面处理手段解决了铝熔体与碳纤维润湿不良，界面结合强度低的问题从而制得铝基碳纤维复合材料内芯导线。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种架空输电线路用导线，具体涉及一种铝基碳纤维复合材料芯导线，属于架空导线制造领域。
技术介绍
架空输电导线作为输电力的载体，在输电线路中占有极为重要的地位。长期以来， 架空导线主要使用钢芯铝绞线。近年来我国工农业生产迅猛发展，部分地区的电力线路已 经跟不上发展的需要，急需改造，但基于投资成本和投资时间的约束，使如何利用有效的走 廊资源提高输电容量成为电力建设的一大课题。对于一般采用的提高电压等级、改造线路 或使用大截面导线等方法，都可能解决短暂的问题，但这些方法的采用也带来了很多问题， 如必须更换原来的杆塔设备、提高绝缘水平、新征土地、而且要研究可行的实施方案。这些 问题不仅带来经济上的巨大投入，而且经常在时间上也满足不了线路增容的迫切需求。因 此，探索新的导线线型、以高效低耗地传送电能是我国电力科技工作者的不断追求。 美国CTC公司于2003年推出了型号为ACCC的复合材料合成导线，它的芯线是由 碳纤维和玻璃纤维混合制成的单根芯棒，外层与邻外层铝线股为梯形截面。这种新型导线 与传统导线相比具有重量轻、强度大、电导率高、线膨胀系数小、耐腐蚀使用寿命长等优点。 我国已经进口 CTC公司的ACCC导线至少500公里，目前ACCC导线只能进口 ，其价格约为普 通导线的3倍，这样就增加了电网改造的成本。ACCC导线整体上无疑是一种性能优良的新 型架空输电导线，但也有其自身的弱点，碳纤维芯的抗剪强度很低，延伸率小，应力应变关 系曲线近乎直线，没有塑性平台，从这个意义上，碳纤维芯是一种脆性材料，导线在承受弯 曲应力时容易破裂。并且由于碳纤维和玻璃纤维膨胀系数相差近IO倍导致ACCC导线的内 芯在高温形变时产生热应力，当降至常温时发生残余变形出现"竹节"现象。
技术实现思路
本技术是针对ACCC复合材料合成导线存在的缺陷，提供一种铝基碳纤维复 合材料芯导线，它是导电率更高、强度更大、更耐高温并且没有"竹节"现象的新型架空导 线，而且利用现有的杆塔设备在短时间内即可实现电网的改造。 本技术的技术方案是一种铝基碳纤维复合材料芯导线，包括导线内芯及其 外层的铝合金导体，铝合金导体铰合在导线内芯周围，其特征在于采用铝基碳纤维复合材 料作为导线内芯，其中碳纤维的表面镀有铜镀层，导线内芯中碳纤维体积百分比为1_2%、 铜体积百分比为1. 2-1. 5%，其余为工业原铝。 如上所述的铝基碳纤维复合材料芯导线，其特征在于导线内芯中碳纤维体积百 分比为2%、铜体积百分比为1. 5%，其余为工业原铝。 如上所述的铝基碳纤维复合材料芯导线，其特征在于导线总截面积为 349. 4mm2-1469. 5mm2，导线内芯截面积为39. 8mm2-87. 7mm2。 本技术的有益效果是本技术采用铝基碳纤维复合材料作为导线内芯，代替ACCC导线树脂基碳纤维复合材料内芯，与ACCC导线相比，本技术具有以下的一些 特征 1、没有"竹节"现象。由于金属铝基在高温时相比玻璃纤维延伸率较低，与碳纤维 延伸率相差不太大，因此不会出现"竹节"现象。 2、电导率高。由于金属铝基比树脂基体具有更高的导电性，因此本技术导线 具有比ACCC导线更好的导电性能。 3、抗弯曲强度大。由于金属铝基比树脂基体具有更高的强度并且金属铝的力学性 能是各向同性的，因此用铝基碳纤维复合材料具有更高的抗弯曲强度，承受弯曲应力时不 易破裂。 4、抗拉强度大。由于金属铝基比树脂基体具有更高的机械强度，因此本技术 导线具有比ACCC导线更高的抗拉强度。铝基碳纤维复合材料的抗拉强度是一般钢丝抗拉 强度的1. 93倍，是高强度钢丝的1. 7倍。这样可以提高杆、塔之间的跨距，降低工程成本。 5、更耐高温。由于金属铝基比树脂基体更耐高温，因此本技术导线具有比 ACCC导线更高的耐热性。附图说明图1本技术实施例铝基碳纤维复合材料芯导线结构示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术做进一步的说明。图1中标记的说明l-铝基碳纤维复合芯，2-铝合金导体。 如图l所示，本技术实施例由铝基碳纤维复合芯l和外层铝合金导体2 组成，铝合金导体2铰合在铝基碳纤维复合芯1周围，铝合金导体2截面可以是梯形 或圆形或其它形状；导线总截面积349. 4mm2-1469. 5mm2，铝基碳纤维复合芯1截面积 39. 8mm2-87. 7mm2，在铝基碳纤维复合芯1中，碳纤维体积百分比占1_2%，铜体积百分比占 1. 2-1. 5%，其余为工业原铝，其中碳纤维的表面镀有铜镀层。 本技术实施例利用金属具有高强度、高耐热性、优异的导电导热性及抗老化 等性能的特点，用铝代替传统的环氧树脂作为基体，高性能碳纤维为增强体开发性能优异 的导线的复合芯。将得到的铝基碳纤维复合芯与铝合金导体绞合便得到了铝基碳纤维复 合导线。根据碳纤维与金属铝基配比的不同，可以制备出具有不同力学性能的复合芯，如密 度、抗拉强度、弹性模量等。 由于铝熔体与碳纤维的润湿性不是很好，因此首先对碳纤维的表面进行预处理，采用高温灼烧除胶和过硫酸铵氧化，除去碳纤维表面的有机胶膜，增大碳纤维的比表面积，改善碳纤维的疏水性，提高其表面粗糙度，并对碳纤维进行敏化、活化处理。 接着在碳纤维的表面进行镀铜处理来改善碳纤维与铝液的润湿性。在碳纤维的表面镀上具有一定厚度、均匀的铜镀层，增强了碳纤维与金属铝基的界面结合力。对碳纤维先进行化学镀铜再电镀铜，即解决了碳纤维束的黑心问题，又可获得较厚的镀层，使镀层与碳纤维的结合力更好。将镀铜碳纤维浸泡在1%硼酸溶液中，大大降低了铜的氧化程度，解决了在高温复合过程中碳纤维表面铜镀层的氧化难题。 采用熔体搅拌法将经过表面处理的碳纤维与金属铝液制备成铝基碳纤维复合材料，先将铝熔化，利用机械搅拌搅动液体金属，使铝熔体强烈流动形成旋涡，依靠旋涡的负压抽吸作用将经过抗氧化处理的镀铜碳纤维加入到铝熔体中，均匀分布，最后形成复合材料。将得到的铝基碳纤维复合芯1与铝合金导体2铰合便得到铝基碳纤维复合导线。权利要求一种铝基碳纤维复合材料芯导线，包括导线内芯及其外层的铝合金导体，铝合金导体铰合在导线内芯周围，其特征在于采用铝基碳纤维复合材料作为导线内芯，其中碳纤维的表面镀有铜镀层，导线内芯中铜体积百分比为1.2-1.5％，其余为铝基碳纤维复合材料。2. 如权利要求1所述的铝基碳纤维复合材料芯导线，其特征在于导线总截面积为 349. 4mm2-1469. 5mm2，导线内芯截面积为39. 8mm2-87. 7mm2。专利摘要本技术涉及一种铝基碳纤维复合材料芯导线，它是一种导电率更高、强度更大、耐高温并且没有“竹节”现象的新型架空导线，并可利用现有的杆塔设备在短时间内即可实现线路的增容。本技术利用铝基碳纤维复合材料作为导线内芯，代替ACCC导线树脂基碳纤维复合材料内芯，在复合内芯的外层铰合铝合金导体。本技术利用金属比树脂基体具有更高的强度、耐热性、导电导热性及抗老化性能的特点来制备比树脂基复合材料性能更为优异的导线复合内芯。对碳纤维采取高温灼烧除胶和过硫酸铵氧化以及敏化、活化，并在纤维表面镀铜等一系列表面处理手段解决了铝熔体与碳纤维润湿不良，界面结合强度低的问题从而制得铝基碳纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝基碳纤维复合材料芯导线，包括导线内芯及其外层的铝合金导体，铝合金导体铰合在导线内芯周围，其特征在于：采用铝基碳纤维复合材料作为导线内芯，其中碳纤维的表面镀有铜镀层，导线内芯中铜体积百分比为１．２－１．５％，其余为铝基碳纤维复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张冰，柳欢欢，赵军，刘飞，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]